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三个NumPy数组合并函数的使用

触摸壹缕阳光

发布于 2022-05-25 06:00:26

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在 numpy 中合并数组比较常用的方法有 concatenate、vstack 和 hstack。在介绍这三个方法之前，首先创建几个不同维度的数组：

import numpy as np

# 创建一维数组
x = np.array([1, 2, 3])
y = np.array([3, 2, 1])
z = np.array([666, 666, 666])

# 创建二维数组
A = np.array([[1, 2, 3], 
             [4, 5, 6]])
B = np.array([[100, 200, 300], 
             [400, 500, 600]])

concatenate

numpy.concatenate((a1, a2, ...), axis = 0) 其中：

a1, a2,....: 待合并的数组
axis: 沿着数组合并的维度，默认为 0（对于二维数组来说，默认沿着行的方向进行合并）

这里需要注意 a1, a2,... 待合并的数组除了待合并的维度，其余维度上的值必须相等。二维数组（矩阵）有两个 axis，一个 axis = 0（行方向），一个 axis = 1（列方向），如果是多维数组依次类推。比如：

形状为 (2, 3) 和 (1, 3) 的两个二维数组可以沿着 axis = 0 的方向进行合并，合并的结果为 (3, 3)；
形状为 (2, 3) 和 (2, 3) 的两个二维数组既可以沿着 axis = 0 的方向也可以沿着 axis = 1 的方向合并；
形状为 (2, 1) 和 (1, 3) 的两个二维数组既不可以沿着 axis = 0 的方向也可以沿着 axis = 1 的方向合并；

合并多个一维数组：

print(np.concatenate((x, y)))
'''
array([1, 2, 3, 3, 2, 1])
'''

print(np.concatenate((x, y, z)))
'''
array([  1,   2,   3,   3,   2,   1, 666, 666, 666])
'''

合并多个二维数组：

print(np.concatenate((A, B), axis = 0))
'''
array([[  1,   2,   3],
       [  4,   5,   6],
       [100, 200, 300],
       [400, 500, 600]])
'''

axis = 0，即沿着行方向进行合并。这种合并二维数组的场景非常多，比如对于输入特征为二维数组的情况下，需要补充新的样本，可以将二维数组沿着行方向进行合并，有时会将行称为样本维度。

print(np.concatenate((A, B), axis = 1))
'''
array([[  1,   2,   3, 100, 200, 300],
       [  4,   5,   6, 400, 500, 600]])
'''

axis = 1，即沿着列方向进行合并。比如对于输入特征为二维数组的情况下，需要为输入补充一些新的特征，可以将二维数组沿着列方向进行合并，有时会将列称为特征维度。

待合并的数组必须拥有相同的维度，如果不同维度则会抛出 ValueError 异常。

print(np.concatenate([A, z]))
'''
ValueError: all the input arrays must have same number of dimensions, but the array at index 0 has 2 dimension(s) and the array at index 1 has 1 dimension(s)
'''

这是因为 A 的形状为 (2, 3)，而 z 的形状为 (3,)，如果想要让两个数组进行合并，可以将 z 的形状转换为 (1, 3)，这样我们就可以沿着 axis = 0 的方向进行合并。

print(np.concatenate([A, z.reshape(1, -1)]))
'''
array([[  1,   2,   3],
       [  4,   5,   6],
       [666, 666, 666]])
'''

需要注意拼接后的结果是一个新的数组。

vstack 和 hstack

我们在实际开发中，比较常用的操作就是对二维或者三维数组进行行和列的合并操作，所以 numpy 为我们提供了更加方便的 vstack 和 hstack。vstack 将数组沿着行的方向进行合并操作，而 hstack 将数组沿着列的方向进行合并操作。

print(np.vstack((A, B)))
'''
array([[  1,   2,   3],
       [  4,   5,   6],
       [100, 200, 300],
       [400, 500, 600]])
'''

print(np.hstack((A, B)))
'''
array([[  1,   2,   3, 100, 200, 300],
       [  4,   5,   6, 400, 500, 600]])
'''

上面的操作我们同样可以使用 concatenate 实现，换句话说 vstack 和 hstack 是 concatenate 更为具体的操作。

不过需要注意，当处理一维数组时：

vstack 会把形状为 (N, ) 的一维数组转换为 (1, N) 的二维数组，然后进行后续的合并操作
hstack 的处理方式和 concatenate 一样，二维数组和一维数组合并会抛出ValueError 异常，而两个一维数组合并会合并成新的一维数组，比如合并形状分别为 (3, ) 和 (2, ) 的两个一维数组，合并的结果为形状为 (5, ) 的一维数组。

print(np.vstack((x,y)))
'''
array([[1, 2, 3],
       [3, 2, 1]])
'''

print(np.vstack((A, z)))
'''
array([[  1,   2,   3],
       [  4,   5,   6],
       [666, 666, 666]])
'''

使用 vstack 沿着行方向合并 A 和 z 两个数组，没有抛出异常，这是因为 vstack 会将一维数组转换为二维数组。

针对一维数组，hstack 的处理方式和 concatenate 一样。

print(np.hstack((x, y)))
'''
array([1, 2, 3, 3, 2, 1])
'''

print(np.hstack((A, z)))
'''
ValueError: all the input arrays must have same number of dimensions, but the array at index 0 has 2 dimension(s) and the array at index 1 has 1 dimension(s)
'''